双层沥青混凝土路面结构的力学可行性分析.pdf

2 0 1 5年第 6期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 4 1期 文章编号 1 6 7 1 7 6 1 9 2 0 1 5 0 6 0 0 1 4 0 4 双层 沥青混凝 土路面 结构 的力学可行 性分析 李 震 广东省南粤交通仁博高速公路管理中心， 广东韶关 5 1 2 5 9 9 摘要 交通量较小路段修建薄沥青面层路面可以大幅度减少建设成本。分析了不同基层类型和不同P G等级沥 青下两层沥青路面的力学响应。根据理论分析， 探讨双面层沥青混凝土路面在小交通量路段应用的可行性。 关键词双层沥青混凝土；沥青面层；力学响应；小交通量 中图分类号 U 4 1 6 ． 2 1 7 文献标 识码 B 0 引言 随着 高速 公路 大 规模 建 设 的展 开 ， 广 东 省 已经建 成超过 5 0 0 0 k in高 速公路 。为完善路 网 结构 ， 带 动边远区域经济发 展 ， 未来几 年广 东还 要修 建 3 0 0 0 k in 的高 速公 路 ， 项 目投 资 资金 压 力很大 。考 虑 到公 路建 设 投资 效益 问题 ， 在 交 通流量 尚不大 ， 且 以小 客车 为 主 的高速 公路 上 是否可 以采用双层 沥青混 凝土 面层 的沥青 路面 结构作 为 过 渡 路 面 ， 是值 得 认 真 研 究 的课 题 。 本文首先拟定具有 双层沥 青混凝 土面层 的沥青 路面结构 ， 依据 经 验及 规 范推 荐值 选 定路 面模 型的计算 参数 ， 然后 分 析各 方 案 的路 面结 构在 标 准轴载 下 的力 学 响应 ， 根 据 各方 案路 面 力学 响应 ， 探讨 小 交通 量双 面 层沥 青混 凝 土路 面 结 构的可行 性 。 l 双面层沥青砼路面的结构形式 路面基层结构 采用广东常用 的结构形式 ， 提 出如表 1的具有 双层沥青混凝 土 面层 的路 面结 构。在结构组合中， 每个方案均考虑上面层 、 中面 层的不同厚度组合 ， 在后文中以“ 4 6 ” 上面层厚 度 中面层厚度 的形式表述。图 1为常见 的三 层沥青混凝土面层 的结构。 表 1 选定的结构方案 作者简介 李震 1 9 7 9 ． 0 9 一 ， 男， 湖南岳阳人， 硕士研究生， 高级工程师。主要从事公路工程项目管理工作。E - m a i l 3 4 8 5 3 7 9 6 q q ． c o m ． 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 6期 李震 双层沥青混凝土路面结构的力学可行性分析 总第 1 4 1 期 4 c m改性沥青 A C I 3 6 c m改性沥青 A C 1 6 8 c m普通沥青 A T B 2 5 1 81 8 c m 4 ％ 一 5 ％水泥稳定碎石 2 0 c m3 ％ 一 4 ％水泥稳定碎石 2 0 c m级配碎石 路 基 图1 三层沥青混凝土面层路面结构 2 路面模型参数取值 参考路面设 计规范 的推荐值 ， 备选方 案 中材 料参数的取值见表 2 。 表 2力学分析时材料参数选取表 3 双面层沥青砼路面结构的力学分析 沥青路 面轮迹 带钻 出的芯样 ， 沥青混凝 土面 层与基层通 常是 脱离 的。 由于材 料 之 间变形 性 能、 龄期的差异 ， 不 同类 型材料 的结合 面、 同种材 料不同铺筑时间的结合面强度均不高。面层与基 层 、 底基层 与路 基的层 间结合状 态更 接近 于非连 续状态 。由于以上的原因， 采用 B i s a r 做力学分析 时面层与基层 、 底基 层与路基 的层 间结合状态设 定为非连续状态。 3 ． 1 结构层层底拉应力 3 ． 1 ． 1 上 面层采用普通 S B S改性沥青 标准轴载作用下， 上面层采用普通 S B S改 性 沥青 的各方案路 面结构层 层底拉应力见表 3 、 表 4 表3上面层采用S B S改-陛沥青的层底拉应力 1 单位 M P a 表4 上面层采用S B S改性沥青的层底拉应力 2 单位 M P a 由表 3 、 表 4可见 ， 下面层采用改性沥青与否 对结构层层底 拉应力 影 响不 明显 。碾压 混凝 土 结构 方案三 、 方案 四 的最大层底拉应力 出现在 碾压 混凝 土基层底 部 ， 约为 0 ． 6 7 MP a ； 半 刚性基 层结构 方案一 、 方案二 的最大层底拉应力 出现 在底基层底部 ， 约为 0 ． 1 9 MP a 。当前 高速公 路结 构层普遍较厚 ， 半 刚性材料容许 弯拉应力 通常在 0 ． 2 6 MP a以上 ， 弯拉应力验算 的承载能力也 不存 在大的问题 。由表 3、 表 4可见 沥青 层层底 为压 应力或拉应力很小 ， 沥青混凝 土层弯拉应力验算 满足要求 。 3 ． 1 ． 2 上面层采用 P G 8 2改性沥青 标准轴载作用下 ， 上面层采用 P G 8 2改性沥青 的各方案路面结构层层底拉应力见表 5 、 表 6 。 表5上面层采用P G 8 2改l陛沥青的层底拉应力 1 单位 MP a 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 6期 广东公路交通 总第 1 4 1期 表6上面层采用1 3 8 2改性沥青的层底拉应力 2 单位 M P a 从表 5 、 表 6可以看出， 面层采用 P G 8 2改性沥 青后路面上面层层底压应力有小 幅升高 ， 基层 、 底 基层层底拉应力减小约 0 ． 0 5 MP a 。各层层底拉应 力均能够满足一般交通量下的验算要求。 3 ． 2沥青混凝土层剪应力 3 ． 2 ． 1 上 面层采用普通 S B S改性沥青 标准轴载作用下 ， 各方案面层剪应力见表 7 、 表 8及 图 2～图 4 。 表7 半刚性基层方案剪应力 单位 MP a 1 6 图 2方案一与三层结构剪应力分布对 比 图 3 方 案二 与三层结 构剪应力 分布对比 从图 2 、 图 3可以看 出， “ 4 6 ” 结构 的峰值剪 应力最大 ， 三层结构 的剪应力峰值最小。“ 68 ” 结构的剪应力 峰值较 大 ， 但达到峰值后剪应力 衰 减速度最快。 表 8 碾压混凝土基层方案剪应力 单位 M P a 图4 双层“ 68 ” 结构与三层结构对比 从图 4可 以看 出， 采用 双层改性沥青 的方案 一 、方案三其“ 68 ” 结构 的剪应力整体上小于单 层改性的方案二 、 方案四 “ 6 8 ” 结构的剪应力 。 双层沥青混凝土面层路 面的面层剪应力分布 特点是 剪应力达到峰值后衰减至一较大值而后 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 6期 李震 双层沥青混凝土路面结构 的力学可行性分析 总第 1 4 1 期 不再减小 ， 靠近与基层 的结合 面时剪应力 小幅度 增长 。 3 ． 2 ． 2上面层采用 P G 8 2改性沥青 标准轴载作用下 ， 上面层采用 P G 8 2改性沥青 的各方案面层剪应力见表 9、 表 1 0 。 表9 半刚性基层方案剪应力 单位 MP a 表 1 O碾压混凝土基层方案剪应力 单位 MP a 比较表 9 、 表 1 0与表 7 、 表 8可 以看 出， 面层采 用 P G 8 2改性沥青后剪应力峰值稍有增大 ， 增大不 超过 0 ． 0 5 MP a 。 4 结语 1 计算结果表明， 四种方案的双层沥青混凝 土路面基层 、 底基层层底拉应力 均小于其容许拉 应力。 2 双层沥青混凝土面层路面 的面层剪应力 分布特点是 剪应力达到峰值后 衰减至一较大值 而后不再减小 ， 靠近与基层 的结合 面时剪应力小 幅度增长。 3 面层采用 P G 8 2改性沥青后路面上面层层 底压应力有小幅升高 ， 基层 、 底基层层底拉应力减 小约 0 ． 0 5 M P a。采用 P G 8 2改性沥青后方案 二 5 7 可以满足重交通低值交通量 的要求。 参考文献 [ 1 ]张留俊 ， 黄晓明．关于软土地基上路面分期修建 若干问题的研究[ J ] ．公路交通科技 ， 2 0 0 2， 1 9 2 2 7 3 O ． [ 2 ]刘晓杰．沪蓉高速高界段软基过渡路面改建与营 运管理[ M] ．安徽建筑工业学院学报自然科学版 ． 2 0 0 4， 1 2 6 1 1 11 1 4 ． [ 3 ]王国清， 陈君朝， 马翔 ， 等．大广高速公路 衡大 段 路面分期实施论证及方案设计 [ J ] ．公路交通科技 应 用技术版 ．2 0 1 0 ， 1 2 1 8 2 1 3 1 ． [ 4 ]孙立军 ， 张宏超， 刘黎萍， 等． 沥青路面初期损坏 特点和机理分析 一重交通沥青路设计方法之一 [ M] ． 同济 大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 2 ， 3 0 4 4 1 6 4 2 2 ． 收稿 日期 2 0 1 51 01 0 M e c h a ni c a l Fe a s i bi l i t y Ana l y s i s f o r Do ub l e As p ha l t Con c r e t e La y e r s Pa v e m e nt S t r uc t ur e L I zh e n Re n B o E x p r e s s w a y Ma n a g e me n t C e n t e r o f Gu a n g d o n g N a n y u e T r a n s p o r t a t i o n ，S h a o g u a n G u a n g d o n g 5 1 2 5 9 9 Ab s t r a c t Wh e n wi t h s ma l l t r a f f i c v o l u me，a d o p t i n g a t h i n a s p h a l t p a v e me n t c o u l d g r e a t l y r e d u c e t h e c o n s t r u c t i o n c o s t ． I n t h i s p a pe r ，t he me c ha n i c a l r e s p o ns e o f a s ph a l t p a v e me n t h a s be e n a n a l y z e d wi t h d o u b l e a s p h a l t pa v e me n t l a y e r s u n d e r di f f e r e n t ba s e c o u r s e t y p e a n d PG g r a d e ． Ac c o r d i n g t o t h e o r e t i c a l a n a l y s i s，f e a s i b i l i t y o f a p p l i c a t i o n o f d o u b l e a s p h a l t c o nc r e t e p a v e me n t l a y e r s f o r s e c t i o n s wi t h s ma l l t r a ffic v o l ume h a s b e e n d i s c u s s e d． Ke y wo r dsd o u b l e a s p h a l t c o n c r e t e l a y e r s；a s p h a l t s ur f a c e p a v e me n t ；me c h a n i c a l r e s p o n s e；s ma l l t r a f f i c v o l 一 mP 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m